履帶式高空作業(yè)車行走液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

劉敏

（山西鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030013）

履帶式高空作業(yè)車是指一種通過液壓驅(qū)動(dòng)，幫助人們實(shí)現(xiàn)高空作業(yè)的履帶式機(jī)械，其具有牽引力大、爬坡能力強(qiáng)等優(yōu)勢，在工程機(jī)械領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，而液壓系統(tǒng)作為其中的重要組成部分，工作者應(yīng)深入分析該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并采取有效措施，增強(qiáng)設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性與合理性，優(yōu)化作業(yè)車的使用性能。

1 設(shè)計(jì)要求

在履帶式高空作業(yè)車中，行走液壓系統(tǒng)屬于一種液壓傳動(dòng)機(jī)制，其主要作用原理是通過液壓馬達(dá)帶動(dòng)減速機(jī)，實(shí)現(xiàn)對履帶輸出扭矩的驅(qū)動(dòng)，但其在本質(zhì)上，是一種依靠液體壓力傳遞能量的裝置，并且具有質(zhì)量輕、穩(wěn)定性強(qiáng)、慣性小等突出優(yōu)勢，因此，被用于工程建筑、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)工程技術(shù)領(lǐng)域中。現(xiàn)階段的行走液壓系統(tǒng)通常包含四個(gè)部分，即液壓泵、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件，設(shè)計(jì)者需要保留上述液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)優(yōu)勢，并合理協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)方案，確保這四個(gè)部分能夠達(dá)到良好的協(xié)同運(yùn)作效果，使作業(yè)車的使用性能得以順利達(dá)到預(yù)期。在此過程中，設(shè)計(jì)者要通過液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，使液壓系統(tǒng)在不同載荷狀態(tài)下，可以調(diào)整至相應(yīng)的速度，并在必要時(shí)采取選用不同的轉(zhuǎn)彎半徑，同時(shí)，保持行走作業(yè)的連續(xù)性和安全性。

2 設(shè)計(jì)過程

2.1 技術(shù)思路設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者結(jié)合液壓系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，將上述設(shè)計(jì)要求內(nèi)容進(jìn)行了細(xì)化，構(gòu)建出了系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)體系，如表1，形成了液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)思路。在此過程中，由于此次選定的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)型號(hào)，為中型履帶式作業(yè)車行走液壓系統(tǒng)，因此，根據(jù)中型作業(yè)車的載荷、結(jié)構(gòu)特質(zhì)，結(jié)合當(dāng)前的技術(shù)水平，設(shè)計(jì)者將系統(tǒng)的工作壓力設(shè)置為20MPa。在行走液壓系統(tǒng)的類型方面，現(xiàn)階段，主要有兩種，即變量泵、定量泵，而中型的高空作業(yè)結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部空間較小，因此，設(shè)計(jì)者選用了定量泵型的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)體系，作為此次設(shè)計(jì)的整體思路框架。

表1 履帶式高空作業(yè)車技術(shù)參數(shù)表

2.2 行走馬達(dá)裝置設(shè)計(jì)

在液壓系統(tǒng)中，行走馬達(dá)作為其中重要的執(zhí)行元件，設(shè)計(jì)者需要根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求，計(jì)算出各個(gè)工況下，高空作業(yè)車在運(yùn)行過程中對馬達(dá)的要求，使液壓系統(tǒng)的使用性能可以滿足設(shè)計(jì)要求。在此過程中，設(shè)計(jì)者要借助物理公式，分別計(jì)算出行走馬達(dá)裝置在平地高檔、爬坡低檔、低檔原地轉(zhuǎn)向這三種常見工況下，單個(gè)馬達(dá)的最大輸出驅(qū)動(dòng)力以及最大輸出轉(zhuǎn)速，然后，再綜合三種工況，推算出高檔、低檔速度下，馬達(dá)的最小當(dāng)量排量，最后，再基于此，選擇馬達(dá)的型號(hào)，使其符合液壓系統(tǒng)的運(yùn)行需求。在平地高檔工況下的計(jì)算中，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算公式GfR/2，其中G為整機(jī)重量、R為履帶驅(qū)動(dòng)半徑、f為滾動(dòng)摩擦系數(shù)，以及輸出轉(zhuǎn)速計(jì)算公式，v1/2πR，其中v1為最高檔的最大速度、R為驅(qū)動(dòng)輪半徑，并將技術(shù)思路中的技術(shù)參數(shù)代入公式中，即可得出該工況下的最大輸出驅(qū)動(dòng)力矩、輸出轉(zhuǎn)速。同理，設(shè)計(jì)者還需要計(jì)算出其余兩種工況下，行走馬達(dá)裝置最大輸出驅(qū)動(dòng)力矩、輸出轉(zhuǎn)速，然后，還要對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，再將其帶入公式其中，M為輸出驅(qū)動(dòng)力矩、Pm為馬達(dá)壓差、ηmm為馬達(dá)機(jī)械效率，得出馬達(dá)的高檔最小當(dāng)量排量為186mL/r，低檔最小馬達(dá)當(dāng)量排量為621mL/r。最后，根據(jù)所得出的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)者選擇了PHV-3B-35AP-1-8502A型號(hào)的行走馬達(dá)裝置。

2.3 液壓泵設(shè)計(jì)

在液壓系統(tǒng)中，液壓泵主要負(fù)責(zé)通過向液壓系統(tǒng)提供壓力油，實(shí)現(xiàn)將原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能，轉(zhuǎn)換為液體壓力能量的元件，其作為液壓系統(tǒng)的核心裝置，設(shè)計(jì)者需要基于設(shè)計(jì)好的技術(shù)參數(shù)，分別計(jì)算出高低兩個(gè)速度檔工況下，液壓泵的排量參數(shù)，作為液壓泵設(shè)計(jì)依據(jù)，保障設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性與合理性。

當(dāng)馬達(dá)處于高檔位速度工況下，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)

2.4 附件設(shè)計(jì)

在該項(xiàng)履帶式高空作業(yè)車行走液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，包含閥門和其他液壓輔助兩方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容。其中，閥門作為系統(tǒng)中重要的控制元件，主要起到控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中油液壓力、方向、流量的作用，因此，設(shè)計(jì)者根據(jù)上述計(jì)算值，依照流量和壓力兩方面指標(biāo)，選擇了型號(hào)為FD10-40-0-N-44的分流閥、XDP3CO3N3FOO2的比例閥等閥門，以保障液壓系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性。而此次設(shè)計(jì)中的高空作業(yè)車屬于中型裝置，所以設(shè)計(jì)者采用了換向閥相組合的方式，設(shè)計(jì)出了閥門調(diào)速回路，來實(shí)現(xiàn)閥門裝置的油液控制功能。在輔助元件中，由于該部分元件主要包括油箱、管道、濾油器等輔助性的設(shè)施，因此，設(shè)計(jì)者在具體的設(shè)計(jì)中，結(jié)合了上述大型重要元件的參數(shù)，針對型號(hào)、尺寸進(jìn)行了選擇，使其能夠順利配合重要元件的運(yùn)作。

此外，為了確保設(shè)計(jì)方案的有效落實(shí)，設(shè)計(jì)者還基于額定油量、推薦流速與強(qiáng)度，進(jìn)行了管路這一輔助元件的選擇，并圍繞公式，其中Q為流量、v為推薦速度，以及公式，其中，P為管路最大壓力、為管路可承受應(yīng)力，等公式來選擇進(jìn)油管、回油管等輔助元件，以增強(qiáng)設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)確性。

2.5 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力設(shè)計(jì)

在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者務(wù)必要保證，當(dāng)系統(tǒng)處于最大壓力工況時(shí)，作業(yè)車內(nèi)部的發(fā)動(dòng)機(jī)不能熄火，也就是說，設(shè)計(jì)者需要將發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際最大輸出扭矩工作值，設(shè)置在外特性曲線以下，以強(qiáng)化液壓系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。在此過程中，由于中型履帶式高空作業(yè)車常用的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為CH640，因此，在此次設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者需要先核查該類型發(fā)動(dòng)機(jī)，是否能夠滿足要求，如果滿足要求則繼續(xù)沿用此類型發(fā)動(dòng)機(jī)，若不滿足要求，就需要設(shè)計(jì)者結(jié)合計(jì)算出的參數(shù)值，進(jìn)行重新選擇。

在計(jì)算中，該型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000r/min，那么根據(jù)公式，其中，p為系統(tǒng)工作壓力、Vp為液壓泵排量、ηmp為液壓泵機(jī)械效率，計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出力矩，最后，設(shè)計(jì)者經(jīng)過核實(shí)，發(fā)現(xiàn)該發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出力矩，處于外特性曲線以下，因此，在此次設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者采用了CH640型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)。

2.6 行走試驗(yàn)

為了驗(yàn)證該液壓系統(tǒng)的使用性能是否符合高空作業(yè)車的工作需求，設(shè)計(jì)者還要將上述方案落實(shí)到實(shí)際中，并對基于該設(shè)計(jì)方案構(gòu)建的高空作業(yè)車設(shè)備，開展行走試驗(yàn)。在行走試驗(yàn)中，設(shè)計(jì)者需要先在高低兩個(gè)速度檔的工況下，分別觀測作業(yè)車的行走速度、爬坡行駛狀態(tài)、轉(zhuǎn)彎效果，核查該設(shè)計(jì)方案是否能夠達(dá)到預(yù)期的效果，并針對存在問題的地方，進(jìn)行協(xié)調(diào)和優(yōu)化，保障設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量。試驗(yàn)完畢后，設(shè)計(jì)者測試出該高空作業(yè)車具有0～2.1km/h的高檔速度、0～1.3km/h的低檔速度、18.6°以上的有效爬坡角度，而且可以實(shí)現(xiàn)原地360°的轉(zhuǎn)向行駛。

3 結(jié)果分析

根據(jù)上述行走試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)，對比設(shè)計(jì)者在前期設(shè)定的作業(yè)車運(yùn)行參數(shù)，可以看出，基于該設(shè)計(jì)方案構(gòu)建出的液壓系統(tǒng)，符合前期設(shè)定的運(yùn)行參數(shù)要求，因此，此次液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期效果，可以應(yīng)用到實(shí)際場景中。但在此過程中，工作者不僅需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案，來配置液壓系統(tǒng)元件，而且還要保障輔助元件的質(zhì)量，使設(shè)計(jì)方案得以準(zhǔn)確落實(shí)，提升履帶式高空作業(yè)車的使用性能水平。

4 結(jié)語

綜上所述，做好液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠增強(qiáng)履帶式高空作業(yè)車的運(yùn)作效果。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者采用了PHV-3B-35AP-1-8502A型號(hào)的行走馬達(dá)、1221011019的液壓泵、CH640型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，以及其他配套元件，使液壓系統(tǒng)的運(yùn)作效果順利達(dá)到了預(yù)期，優(yōu)化了機(jī)械作業(yè)質(zhì)量。